浅谈电驱动系统参数匹配与选型
电动汽车的动力特性通常用加速时间、最高车速和爬坡能力予以评价。在电驱动系统的设计中,固有的驱动电机额定功率和传动装置参数是为了满足动力性能要求首要考虑的问题,而这些参数的设计基本上都取决于电驱动系统的转速-功率(转矩)特性。
电动汽车电驱动系统结构
电驱动系统是电动汽车的心脏,是电动汽车的唯一动力来源,在新车开发阶段,必须进行驱动电机性能匹配,以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求。电动汽车电驱动系统的设计参数如电动机功率和转矩、传动系统传动比以及它们之间的合理匹配,对电动汽车的动力性、续驶里程等有着显著的影响。
1、电动汽车驱动电机特性
电动汽车运行工况复杂,对驱动电机要求能够频繁的启动/停止、加速/减速,低速和爬坡的时候要求转矩高,高速时转矩低,并要求宽广的调速范围。受车辆空间的限制,为减小车辆自重,提高车辆有效载荷的要求,驱动电机应该具有功率密度较大、效率较高的特点。
驱动电机特性
驱动电机是纯电动汽车唯一的动力源,适用于电动汽车使用的电机外特性为:在额定转速以下,以恒转矩模式工作;在额定转速以上,以恒功率模式工作。转速范围要覆盖整个恒转矩区和恒功率区。在调速范围内,具备快速的转矩响应特性。
2、电驱动系统的特性
电驱动系统作为电动汽车最主要最核心、最复杂的部件,对电动汽车的般驱动系统的特性有以下要求:
驱动系统特性要求
3、电动汽车驱动电机参数匹配
电机的参数主要有额定功率、转矩和转速。正确选择电动机的额定参数非常重要,若选择过小,电动机经常在过载状态下运行;若选择太大,电动机经常在欠载状态下运行,效率及功率因数降低,浪费电能且增加动力电池的容量,综合经济效益下降。
电动汽车驱动电机的额定功率应能同时满足汽车对最高车速、加速时间以及爬坡度的要求,因此电动汽车驱动电机的额定功率为:
Pe≥max{Pv,Pi,Pj}
Pmax=λP
式中:
Pv为电动汽车以最高车速行驶时消耗的功率;
Pi为电动汽车以某一速度v爬上一定坡度所消耗的功率;
Pj为电动汽车在水平路面上加速行驶所消耗的功率;
λ为电机的过载系数。
驱动电机的最大转矩要满足汽车起步转矩和最大爬坡度的要求。
驱动电机的额定转速应符合驱动电机的转矩-转速特性要求,在起动即低转速时得到恒定的最大转矩,同时在高转速时得到恒定的较高功率,驱动电机最大转速的选择要结合传动系减速比、驱动电机效率和连续传动特性考虑,驱动电机的功率是转矩和转速的函数,在保障转速和转矩要求的情况下,力求最大的工作效率。
4、电动汽车传动系统参数匹配
电动汽车传动系统是将发动机的动力传递到车轮上的装置,它能实现动力的接通与切断、起步、变速、倒车等功能。它由离合器、变速器、传动轴以及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴等组成
传动系统结构
电动汽车电机输出特性一定时,电动汽车传动比的选择依赖于整车的动力性能指标要求,即应该满足汽车最高期望车速、最大爬坡度以及对加速时间的要求。
车辆传动比包括变速器的传动比和主减速器传动比,电动汽车在最高车速时,以最小传动比的档位行驶,在最大爬坡度时,以最大传动比的档位行驶。
传动系速比上限:由电机最高转速和最高行驶车速确定。
式中:
传动系速比的下限由下述两种方法算出的传动系统速比的最大值确定。
由电机最高转速对应的最大输出转矩和最大行驶车速对应的行驶阻力确定传动系速比下限为:
式中:
由电机最大输出转矩和最大爬坡度对应的行驶阻力确定传动系的速比下限为
多档或单档传动装置的应用主要取决于电机的转速-转矩特性。在给定的电机额定功率下,若其恒功率区范围大,则单档传动装置将足以在低速情况下提供高牵引力;否则采用多档传动装置。
近几年来,关于电动汽车的研究主要集中在能量存储系统(如动力电池)、电驱动系统和控制策略的开发研究方面。然而,电动汽车动力传动系统参数设计及合理匹配对其性能有很大的影响,在动力电池和其它技术没有取得有效突破之前,对动力传动系统部件的设计进行匹配研究是提高电动汽车性能的重要手段之一。
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